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第一部分 嵌入式系统概述与玩转mbed2

第1章 嵌入式系统、微控制器与ARM2

1.1嵌入式系统简介2

1.1.1什么是嵌入式系统2

1.1.2嵌入式系统示例3

1.2微处理器与微控制器4

1.2.1计算机主要组件5

1.2.2微控制器6

1.3嵌入式系统的开发流程7

1.3.1程序语言：C/C++有什么特别之处7

1.3.2开发周期7

1.4进入ARM世界8

1.4.1关于ARM的历史8

1.4.2技术细节：RISC的意义9

1.4.3 Cortex内核10

本章回顾11

习题11

参考文献11

第2章 mbed开发板12

2.1 mbed简介12

2.1.1 mbed体系结构14

2.1.2 LPC 1768微控制器15

2.2 mbed入门教程16

2.2.1步骤1：连接mbed到PC17

2.2.2步骤2：创建mbed账户17

2.2.3步骤3：运行程序17

2.2.4步骤4：编译程序18

2.2.5步骤5：下载程序二进制代码19

2.2.6步骤6：修改程序代码19

2.3开发环境19

2.3.1 mbed编译器和API19

2.3.2 C/C++的使用20

本章回顾20

习题20

参考文献21

第3章 数字输入和输出22

3.1开始编写程序22

3.1.1思考第一个程序22

3.1.2了解mbed的API函数25

3.1.3分析while循环25

3.2用电压表示逻辑值27

3.3 mbed数字输出27

3.3.1发光二极管的使用28

3.3.2 mbed外部引脚的使用29

3.4 mbed数字输入30

3.4.1开关与数字系统的连接30

3.4.2 DigitalIn API31

3.4.3用if语句响应开关输入31

3.5简单的光电设备接口33

3.5.1光敏反射和透射传感器33

3.5.2光敏传感器与mbed开发板的连接34

3.5.3七段数码管显示35

3.5.4七段数码管与mbed开发板的连接36

3.6驱动大型直流负载39

3.6.1使用晶体管驱动39

3.6.2用mbed进行电机驱动控制40

3.6.3驱动多个七段数码管41

3.7小项目：字母计数器42

本章回顾42

习题43

参考文献44

第4章 模拟输出45

4.1数据转换简介45

4.2 mbed开发板上的模拟输出46

4.2.1产生恒定的输出电压47

4.2.2锯齿波47

4.2.3测试DAC分辨率50

4.2.4产生正弦波50

4.3另一种形式的模拟量输出：脉冲宽度调制51

4.4 mbed开发板上的脉冲宽度调制52

4.4.1使用mbed的PWM信号源52

4.4.2一些PWM输出实验53

4.4.3控制小电机的速度55

4.4.4用软件方式产生PWM55

4.4.5伺服控制56

4.4.6输出到一个压电转换器57

本章回顾59

习题60

参考文献60

第5章 模拟输入61

5.1数模转换61

5.1.1模-数转换器61

5.1.2范围、分辨率和量化62

5.1.3采样频率64

5.1.4 mbed开发板上的模拟输入64

5.2模拟输入和输出混合应用65

5.2.1用可变电压控制LED亮度65

5.2.2用PWM控制LED亮度66

5.2.3 PWM频率控制67

5.3模拟输入数据的处理68

5.3.1在计算机屏幕上显示数值68

5.3.2将ADC输出调整到识别范围内69

5.3.3采用平均值降低噪声69

5.4一些简单的模拟传感器70

5.4.1光敏电阻70

5.4.2集成电路温度传感器71

5.5分析数据转换时间71

5.6小项目：二维光跟踪73

本章回顾73

习题74

参考文献74

第6章 高级编程技术75

6.1思考程序设计和程序结构带来的好处75

6.2函数75

6.3程序设计76

6.3.1使用流程图定义代码结构76

6.3.2伪代码77

6.4在mbed开发板上使用函数78

6.4.1实现七段数码管计数器79

6.4.2函数重用80

6.4.3一个使用函数且更复杂的程序81

6.5在C/C++中使用多个文件83

6.5.1 C/C++程序编译过程概述83

6.5.2 C/C++预处理器和预处理器指令84

6.5.3 #ifndef伪指令85

6.5.4全局地使用mbed对象86

6.6模块化程序示例86

本章回顾89

习题90

第7章 串行通信91

7.1同步串行通信简介91

7.2串行外围接口92

7.2.1 SPI简介93

7.2.2 mbed开发板上的SPI94

7.2.3设置mbed SPI主设备94

7.2.4创建SPI数据链路95

7.3智能仪表和SPI加速器99

7.3.1 ADXL345加速器简介99

7.3.2简单ADXL345程序开发100

7.4 SPI评估102

7.5 I2C总线103

7.5.1 I2C总线简介103

7.5.2 mbed开发板上的I2C总线105

7.5.3设置I2C数据链路105

7.6用I2C总线标准的温度传感器通信108

7.7 SRF08超声波测距仪的使用110

7.8 I2C总线评估112

7.9异步串行数据通信112

7.9.1异步串行通信简介113

7.9.2 mbed开发板上的异步串行通信应用113

7.9.3同宿主计算机的同步串行通信应用116

7.10小项目：多节点I2C总线116

本章回顾116

习题116

参考文献117

第8章 液晶显示器118

8.1显示技术118

8.1.1液晶技术简介118

8.1.2液晶字符显示119

8.2使用PC 1602F LCD120

8.2.1 PC 1602F显示器简介121

8.2.2连接PC 1602F到mbed开发板121

8.2.3 LCD接口的模块化编程122

8.2.4初始化显示123

8.2.5向LCD发送显示数据124

8.2.6完整的LCP.cpp定义125

8.2.7使用LCD函数126

8.2.8向指定位置添加数据127

8.3使用mbed开发板的TextLCD库128

8.4在LCD上显示模拟输入数据130

8.5更先进的LCD131

8.5.1彩色LCD131

8.5.2控制SPI标准的LCD手机显示屏132

8.6小项目：数字水平仪134

本章回顾134

习题135

参考文献135

第9章 中断、定时器和任务136

9.1嵌入式系统中的定时和任务136

9.1.1定时器和中断136

9.1.2任务136

9.1.3事件触发任务和时间触发任务137

9.2响应事件触发的事件137

9.2.1轮询137

9.2.2中断简介138

9.3简单的mbed中断139

9.4深入理解中断140

9.4.1 LPC 1768中断142

9.4.2测试中断延迟142

9.4.3禁用中断143

9.4.4模拟输入中断144

9.4.5中断总结145

9.5定时器145

9.5.1数字计数器145

9.5.2使用计数器作为定时器146

9.5.3 mbed上的定时器146

9.6使用mbed定时器146

9.6.1使用多个mbed定时器147

9.6.2测试定时器延迟148

9.7使用mbed超时150

9.7.1超时应用简单示例150

9.7.2超时进阶应用151

9.7.3用超时测试反应时间152

9.8使用mbed断续装置153

9.8.1节拍器中使用断续装置154

9.8.2思考多任务节拍器程序156

9.9实时时钟157

9.10开关去除抖动157

9.11小项目159

9.11.1独立节拍器159

9.11.2加速度计阈值中断159

本章回顾160

习题160

第10章 存储器与数据管理161

10.1存储器综述161

10.1.1存储器功能类型161

10.1.2基本电子存储器类型161

10.2使用mbed的数据文件163

10.2.1回顾部分所需的C/C++库函数164

10.2.2定义mbed的本地文件系统164

10.2.3打开和关闭文件164

10.2.4写入和读取文件数据165

10.3 mbed数据文件存取示例165

10.3.1文件存取165

10.3.2字符串文件存取166

10.3.3使用格式化数据167

10.4使用mbed的外部存储器168

10.5指针简介170

10.6小项目：加速度计阈值的记录172

本章回顾173

习题173

参考文献173

第二部分 高级和专家级应用176

第11章 数字信号处理176

11.1数字信号处理器简介176

11.2数字滤波示例176

11.3 mbed DSP示例178

11.3.1数字数据的输入和输出178

11.3.2信号重构180

11.3.3添加一个数字低通滤波器182

11.3.4添加一个激活按钮183

11.3.5数字高通滤波器184

11.4延迟/回声效果184

11.5使用wave音频文件187

11.5.1波形信息的头部187

11.5.2用mbed读取wave文件的头部189

11.5.3读取、输出单声道wave数据191

11.6 DSP小结194

11.7小项目：立体声播放器194

11.7.1基本功能的立体声播放器194

11.7.2拥有PC接口的立体声播放器194

11.7.3拥有手机显示接口的便携式立体声播放器194

本章回顾194

习题195

参考文献195

第12章 高级串行通信196

12.1高级串行通信协议简介196

12.2蓝牙串行通信196

12.2.1蓝牙简介196

12.2.2蓝牙模块RN-41和RN-42的接口197

12.2.3通过蓝牙发送mbed数据197

12.2.4从主机终端应用程序接收的蓝牙数据199

12.2.5两个mbed之间通过蓝牙通信199

12.3 USB简介202

12.3.1使用mbed模拟USB鼠标203

12.3.2从mbed端发送USBMIDI数据203

12.4以太网简介206

12.4.1以太网概述206

12.4.2实现简单的mbed以太网通信207

12.4.3 mbed之间的以太网通信209

12.5用mbed进行本地网络和Internet通信211

12.5.1用mbed作为HTTP客户端211

12.5.2用mbed作为HTTP文件服务器213

12.5.3用远程过程调用修改mbed输出214

12.5.4用远程JavaScript接口控制mbed216

本章回顾218

习题219

参考文献219

第13章 控制系统220

13.1控制系统简介220

13.1.1闭环和开环控制系统220

13.1.2闭环巡航控制示例221

13.1.3比例控制223

13.1.4 PID控制224

13.2闭环数字罗盘示例225

13.2.1 HMC6352数字罗盘的使用225

13.2.2 360°旋转伺服系统的实现227

13.2.3闭环控制算法的实现229

13.3基于控制器局域网控制数据通信231

13.3.1控制器局域网231

13.3.2 mbed上的CAN总线232

本章回顾237

习题237

参考文献237

第14章 mbed库函数入门238

14.1简介238

14.2控制寄存器概念238

14.3数字输入/输出240

14.3.1 mbed数字输入/输出控制寄存器240

14.3.2数字输出的应用241

14.3.3添加第二个数字输出242

14.3.4数字输入243

14.4深入了解控制寄存器244

14.4.1引脚功能选择寄存器和引脚模式寄存器245

14.4.2功率控制寄存器和时钟选择寄存器246

14.5使用DAC248

14.5.1 mbed DAC控制寄存器248

14.5.2 DAC的应用249

14.6使用ADC250

14.6.1 mbed ADC控制寄存器250

14.6.2 ADC应用251

14.6.3改变ADC转换速度253

14.7控制寄存器使用小结255

本章回顾255

习题256

参考文献256

第15章 项目扩展257

15.1去往何方257

15.2 mbed Pololu机器人257

15.3高级音频项目258

15.4物联网258

15.5 mbed LPC 11 U24简介259

15.6从mbed到实际生产260

15.7结束语262

参考文献263

附录A 数制系统264

附录B C语言基础269

附录C mbed技术资料286

附录D 配件清单290

附录E Tera Term终端模拟器292